变容二极管模型

合集下载

变容二极管调频电路设计

摘要变容二极管调频电路包含有主振电路和调频电路两部分。

主振电路有LC正弦波振荡器构成，调频电路有变容二极管和电容、电阻构成。

该设计给出变容二极管调频电路的工作原理和设计电路图，并对电路的主要性能参数进行分析。

介绍了变容二极管的性质和各部分组成电路，最后还附有元器件清单和参考文献。

第一章变容二极管调频电路的基本原理第二章元器件及各部分电路的介绍变容二极管的特性概述变容二极管是根据PN结的结电容随反向电压大小而变化的原理设计的一种二极管。

它的极间结构、伏安特性与一般检波二极管没有多大差别。

不同的是在加反向偏压时，变容二管呈现较大的结电容。

这个结电容的大小能灵敏地随反向偏压而变化。

正是利用了变容二极管这一特性，将变容二极管接到振荡器的振荡回路中，作为可控电容元件，则回路的电容量会随调制信号电压而变化，从而改变振荡频率，达到调频的目的。

三极管VT——起放大作用。

在输入信号的控制之下，通过三极管将直流电源的能量，转换为输出信号的能量。

负载电阻Rc、RL——将变化的集电极电流转换为电压输出。

偏置电路Rb1、Rb2、Re——提供合适的偏置，保证三极管工作在线性区，使信号不产生失真。

这种由上下两个电阻Rb1，Rb2提供偏置的形式也称为分压偏置，或称为射极偏置。

耦合电容C1、C2——输入耦合电容C1保证交流信号加到发射结，但又不影响发射结偏置。

输出耦合电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。

直流电源VCC——为放大电路提供工作电源，给三极管放大信号提供能源变容二极管偏置电路电源V1、电阻R12，电位器R13，以及电阻R14为变容二极管工作提供合适的静态工作点，并保证变容二极管工作在反向偏压的情况下。

由于变容二极管的静态电容会随温度、偏置电压的变化而变化，造成中心频率的不稳定，在电路中电容C16 、C17 的加入可以提高振荡电路的中心频率稳定度，也可以减少高频振荡信号对变容二极管的影响，但C3 ，C4 的接入电路，其调制灵敏度和最大偏频都会受到影响。

利用SPICE模型的参数选择二极管

在谐振点及-3dB 频率。如图示，-3dB 频率为 1.0055GHz,可见曲线具有很高的陡峭度。分析表 2 的仿真数据可以看出，除了能够简化电路结构外,采用变容二极管 MV34010 设计的 LC 谐振电路因二极管的高 Q 值导致谐振点处具有极陡的峰值，且实现了在仅单节放大器放大的情况下 GHz 数量级的调谐频率及谐振点处高于 54dB 的放大增益，这一特点极大有利于提高调谐电路的选频特性和调制的准确性。三．结论在明确了二极管的 SPICE 模型参数物理意义的前提下，将其与芯片资料的关键参数相对应以选择出合适的元件是可行的。参考文献 [1]孟庆晨，刘海波，孟庆辉著，半导体器件物理，科学出版社，2006 年 3 月第一版 [2]刘长军，黄卡玛著，射频通信电路设计，科学出版社，2006 年 6 月第二版 [3]高普占著,微弱信号检测,清华大学出版社,2004 年 11 月第一版 [4]黄昆,韩汝琦著,半导体物理基础,科学出版社,1979.7
利用 SPICE 模型的参数选择二极管(2009-09-26 14:10:20)转载▼标签： spiceit 前言仿真软件的使用大大缩短了电路设计的周期，而在大部分软件所提供的元件库中，仿真元件都是以其 SPICE 模型的参数作为基础的。因此，电路设计者在选择元器件进行电路设计仿真时往往面临诸如对元件的 SPICE 模型参数物理意义不了解及难于将公司提供的该芯片的数据资料中的物理量与其 SPICE 模型参数相对应等一系列问题。对此，文中给予了相应的解释和说明。一．二极管的 SPICE 模型参数二极管分为静态模型参数和动态模型参数两种。其中作为已知参数，可以直接由工艺过程或器件材料决定的有禁带宽度 EG，饱和电流温度指数 XTI，闪烁噪声系数 KF 和闪烁噪声系数 AF。静态模型是通过 I~V 曲线来反映的，参数主要有反向饱和电流 IS，反向击穿电压 BV，发射系数 N，反向击穿电流 IBV，梯度系数 M，内建电势 VJ 和串联电阻 RS。动态模型是通过 C~V 曲线体现的，参数主要有零偏结电容 CJ0，渡越时间 TT。元件测量温度 TNOM，XTI， EG 则反映了饱和电流随温度变化的特性。根据不同种类二极管的应用，应对这些 SPICE 参数值进行有针对性的选取。 1.1 反映二极管静态特性的 SPICE 参数 1.1.1 （反向）饱和电流 IS 单位(A) 考虑理想情况下变容二极管的 I~V 特性,关系如下[1]： (1) 其中, VT 为半导体热电势,表达为: 。V 为外加偏压,q 为电子电荷，K 为波尔兹曼常数,T 为绝对温度。当外加反偏压的绝对值足够大时，I 值约等于 SPICE 参数中的反向饱和电流 IS。由半导体基本理论推出[1]： (2) A 为势垒区截面积，np0 和 p n0 分别为载流子产生与复合率相等情况下 P 区的单位体积的少子电子数和 N 区的少子空穴数（少子浓度），Ln 和 Lp 分别为少子电子和少子空穴的扩散长度，和为空穴和电子寿命。 1.1.2 发射系数 N 考虑非理想情况下少数载流子在穿越势垒区时的复合,(1)式被修正为: (3) 其中 N 为用来反映势垒区复合程度的发射系数，其取值范围为 [1，2]。 1.1.3 VJ：内建电势（V）二极管的内建电势 VJ 是由平衡 PN 结空间电荷区内的内建电场引起的，它是由图 1. 二极管的 I/V 特性半导体的材料决定的。它是 N 区和 P 区间存在的电势差，定义如下[1]： (4) 其中，和分别代表 P 区的空穴浓度和 N 区的电子浓度，电子(空穴)从 N(P)区到 P(N)区必须克服势垒。由（5）式可知，本征载流子浓度越小，则 VJ 越大。由于禁带宽度 EG 影响着电子从价带底跃迁到导带顶的难易，从而决定了本征载流子浓度 ni，因此，根据（5）还可推出在特定温度下，以下三种常用材料的 VJ 大小关系为：GaAs>Si>Ge。 1.1.4 IBV 反向击穿电流（A）与 BV 反向击穿电压（V）当外加反向偏压增至某值时，反向电流会迅速增加。发生击穿存在两种可能性，一种是由势垒区在高电场下共价键断裂产生的大量电子引起的齐纳击穿。另一种是因少子渡越 P-N 结空间电荷区时,受其电场加速获得足够大的动能以轰击晶格中的束缚电荷,电离出电子空穴对, 引发连锁撞击导致雪崩击穿。I~V 反向曲线上的反向击穿电流 IBV 参数的值是由半导体生产厂家确定的，对应该值的电压被定为反向击穿电压 BV。分析可知，当二极管的禁带宽度 EG

基于Multisim的变容二极管特性分析与仿真

果表明电路的各项性能与理论分析结果相一致；在仿真数据的基础上进行了曲线拟合，拟合数据与理论相致，并且能显示出一些无法用电子仪器设备显示的波形和曲线，使结果更直观，更易于理解。关键词：Ｍｕｌｔｉｓｉｍ；变容二板管；静态调制特性；动态调制特性；仿真分析；
学院学报：自然科学版，２０１０，１７（２）：１３３．
对电路的理解，而且也提高了对调频电路的设计效
率。
参考文献：
［１］黄亚平．高频电子技术：第２版［Ｍ］．北京：机械工
业出版社，２００９．
（责任编辑：龙海波）
表１变容管反偏压变化时的振荡频率与结电容
由表１数据可见：
变容二极管结电容Ｃ逐渐减小。由此可得以下结论：（１）变容二极管处于反向偏置状态时，可由其构成调频电路。（２）变容二极管是一种电压控制可变电抗元
・
（１）当变容二极管反偏电压由小变大时，振荡频率厂逐渐增大；
ｃｙｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈ
ｕｌａｔｉｏｎａｎｌｙａｓｉｓ

二极管的电容效应、等效电路及开关特性

二极管的电容效应、等效电路及开关特性二极管的电容效应二极管具有电容效应。

它的电容包括势垒电容CB和扩散电容CD。

1.势垒电容CB(Cr)前面已经讲过，PN结内缺少导电的载流子，其电导率很低，相当于介质;而PN结两侧的P区、N区的电导率高，相当于金属导体。

从这一结构来看，PN结等效于一个电容器。

事实上，当PN结两端加正向电压时，PN结变窄，结中空间电荷量减少，相当于电容"放电"，当PN结两端加反向电压时，PN结变宽，结中空间电荷量增多，相当于电容"充电"。

这种现象可以用一个电容来模拟，称为势垒电容。

势垒电容与普通电容不同之处，在于它的电容量并非常数，而是与外加电压有关。

当外加反向电压增大时，势垒电容减小;反向电压减小时，势垒电容增大。

目前广泛应用的变容二极管，就是利用PN 结电容随外加电压变化的特性制成的。

2.扩散电容CDPN结正向偏置时，N区的电子向P区扩散，在P区形成一定的非平衡载流子的浓度分布，即靠近PN结一侧浓度高，远离PN结的一侧浓度低。

显然，在P区积累了电子，即存贮了一定数量的负电荷;同样，在N区也积累了空穴，即存贮了一定数的正电荷。

当正向电压加大时，扩散增强，这时由N区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数将增多，致使在两个区域内形成了电荷堆积，相当于电容器的充电。

相反，当正向电压减小时，扩散减弱，即由N 区扩散到P区的电子数和由P区扩散到N区的空穴数减少，造成两个区域内电荷的减少，、这相当于电容器放电。

因此，可以用一个电容来模拟，称为扩散电容。

总之，二极管呈现出两种电容，它的总电容Cj相当于两者的并联，即Cj=CB + CD。

二极管正向偏置时，扩散电容远大于势垒电容Cj≈CD ;而反向偏置时，扩散电容可以忽略，势垒电容起主要作用，Cj≈CB 。

二极管的等效电路二极管是一个非线性器件，对于非线性电路的分析与计算是比较复杂的。

为了使电路的分析简化，可以用线性元件组成的电路来模拟二极管。

变容二极管调谐电路

变容二极管调谐电路
摘要：
一、变容二极管概述
二、变容二极管在调谐电路中的作用
三、调谐电路的组成与原理
四、变容二极管在调谐电路中的应用实例
五、总结
正文：
一、变容二极管概述
变容二极管，又称可变电容二极管，是一种具有可调电容特性的半导体器件。

它主要用于电子电路中的频率调谐、振荡、放大等电路。

变容二极管的结构主要由N 型半导体和P 型半导体构成，通过调整两者之间的接触面积，可以改变其电容值。

二、变容二极管在调谐电路中的作用
在调谐电路中，变容二极管的作用主要体现在以下两个方面：
1.调整电路的频率：通过改变变容二极管的电容值，可以改变振荡电路的频率，从而达到调谐的目的。

2.改善电路的性能：在实际电路中，由于各种原因，如元器件参数的不一致、温度变化等，可能导致电路的性能发生变化。

通过调整变容二极管的电容值，可以有效地补偿这些因素对电路性能的影响。

三、调谐电路的组成与原理
调谐电路主要由LC 振荡电路和变容二极管组成。

其中，LC 振荡电路包括主电感L1、电容C1 和C2（串联电容）等元器件。

在电路中，通过改变变容二极管的电容值，可以改变LC 振荡电路的谐振频率，从而达到调谐的目的。

四、变容二极管在调谐电路中的应用实例
在实际电路中，变容二极管广泛应用于调谐电路，如收音机、通信设备等。

例如，在收音机的调谐电路中，通过调整变容二极管的电容值，可以使收音机接收到不同频率的广播信号。

五、总结
综上所述，变容二极管在调谐电路中具有重要作用。

通过调整其电容值，可以改变电路的频率，从而达到调谐的目的。

利用SPICE模型的参数选择二极管

在 SPICE 仿真中，它们通常分别取作 0 和 1。二． SPICE 参数选管应用实例作为例证，对 LC 谐振回路选取合适的变容二极管进行仿真。由于变容二极管是通过改变外加反向偏压来控制结电容变化以达到调节谐振频率目的的非线形元件。因此, 在通过 SPICE 参数选取变容二极管设计调谐放大器时反映 C~V 特性的 SPICE 参数是选管的主要依据。选取变容二极管的主要 SPICE 参数依据是 RS，M，EG，BV 和 VJ。在变容二极管的参数资料中，一个衡量压控范围的重要参数是大电压 V1 与小电压 V2 下对应的电容比，它反映了反偏压对结电容调制范围的大小。通过推导可知它与前面提到的 SPICE 模型参数 M 之间存在如下的对应关系：（10）由（10）式可以看出，在选管时，可以根据电路设计所能提供的外加反向偏压控制范围大至确定 M 的取值。此外，为了获得更大的调制度，应尽量选取在电路所能满足的 BV 反向击穿电压范围内,M 较大的变容二极管。在这里选取 M 较高的超突变结变容二极管以获取较大的电容比，为了提高工作频率和温度的适应性，选择禁带宽度较大的 GaAs 材料，与该材料对应的 VJ 为 1.2V。另外，Q 值是反映二极管性能的重要指标，它直接影响着电路的工作品质，Q 值越高，二极管的损耗越小，工作时越接近理想状态。理论分析可知，高频时，串联电阻 RS 和结电容越小，Q 越大。因此，需尽量选取 RS 小的高 Q 值变容二极管。早期运用于电视通信 VHF~UHF 频段的调谐或调频变容二极管 Q 值仅在百位数量级，M 值也低于 1，这一指标已被 GaAs 变容二极管远远超过。目前查到 GaAs 变容二极管的 Q 值在 GHz 数量级已达上千，M 值可达 1.5。在这里选取 MDT 公司 M 系数为 1.5，Q 值为 1200 的超突变结 GaAs 变容二极管 MV34010 用于电路调谐实验。将其 SPICE 参数装入 MULTISIM9.0 仿真软件元件库中进行仿真,SPICE 参数如表 1：表 1. MULTISIM9.0 仿真元件库中 MV34010 的 SPICE 参数 IS RS CJ0 VJ TT M BV N EG XTI KF AF FC IBV TNOM 1e-14 0 83.83e-12 1.2 0 1.45 15 1 1.43 3 0 1 0.5 1e-5 27 对应芯片资料，该芯片的特点是在 25。C 下，反偏压 4V 情况下对应的结电容为 10.0 10%pF,而 CJ0 高达 83.83pF,与同系列的其他突变结二极管相比,在 7V 偏压范围以内 C~V 曲线最陡, 对应电容比（CJ@2/CJ@12V 时）为 8.9，极大有利于电压的控制。图 2 给出了通过 MULTISIM9.0 仿真得到的采用变容二极管 MV34010 的 LC 并联谐振电路,表 2 列举了采用 MULTISIM9.0 仿真得到的，对应不同调节电压 V2 的谐振频率及相应的放大增益：

二极管等效模型

二极管等效模型
等效电路：选择合适的元件，等效的反映设备或系统在特定工作区域
的实际端口特性
建模——线性化——应用线性电路分析方法分析电路
具有局部线性
的特征
建模
（1）理想模型（Ideal Equivalent circuit ）
反偏时，电阻为无穷大，电流为0
理想二极管的伏安特性
-i u D
u D
i 理想二极管的等效电路
K
正偏时，管压降为0，电阻为0
（2）恒压降模型（simplified equivalent circuit ）
外加正向电压大于U D （on ）时，二极管导通，电阻为0
外加电压小于U D （on ）时，电流为0，二极管截止
-i
u D
u 二二二二二二二二D
i U
恒压降模型特性曲线等效电路
K U D
-+
考虑二极管的导通电压，又考虑二极管的动态电阻。

（3）折线模型(piecewise-linear equivalent circuit)+
-
D
i D
u D
u D
i D
r on
V on
V ; [exp()1];
[ex (126()p )1])
(()
T D D
D D S D T D
S D d D T D
d D D D T D u u r i i U u d di U i g d U mV r g I d m u I U A u ∆==I -∆I -===≈
≈=常温下。

变容二极管

变容二极管Varactors,又称为电压调谐电容Voltage variable Capactors,VVC 或调谐二极管Tuning Diodes,当在二极管两端加上反向偏压时,会产生电容效应,通常变容二极管的电容量,随反向偏压增大而减小;变容二极管优点主要表现在：1体型小巧易于安装；2易于实现自动电子调谐Auto Electronic Tuning,方便遥控的电子调谐器的设计;如今的电视系统或通信系统中的频道选择及呼叫等电路,基本上都由变容二极管完成;1、变容二极管工作原理变容二极管的等效电路如图4-7a 所示;图4-7 a 变容二极管的等效电路 b 变容二极管的简化等效电路其中,Rp ——反向偏压的结电阻Junction Resistance ；'Ls ——外部引线电感；Ls ——内部引线电感；Cc ——封装电容；Rs ——二极管体电阻；j C ——结电容;通常,等效电路中的电感与封装电容等都可略去不计,简化后的等效电路如图4-7b 所示;一般地,变容二极管与外加电压的关系可表示为 γ)1(0Dj j V v C C -= 4-5 j C 为变容二极管的结电容,0j C 为变容管加零偏压时的结电容；D V 为变容管PN 结内建电位差硅管D V =,锗管D V =；γ为变容二极管的电容变化指数,与频偏的大小有关；v 为变容管两端所加的反向电压;在小频偏情况下,选γ=1的变容二极管可近似实现线性调频；在大频偏情况下,必须选γ=2的超突变结变容二极管,才能实现较好的线性调频;变容二极管的v C j -特性曲线如图2所示;当加入的反向电压为t V V v V v m Q Q Ω+=+=ΩΩcos 时,设电路工作在线性调制状态,在静态工作点Q 处,可得曲线的斜率为V C k t ∆∆=;图4-8 变容二极管的v C j -特性曲线2、变容二极管重要参数：变容比率与Q 值1变容比率,实际上就是在两个不同偏压下的电容量比值,设为R C ,可得近似的变容比率为 γ⎥⎦⎤⎢⎣⎡≈=min max max min )()(V V V C V C C R 4-6 式中,)(min V C ——在偏压最小时的结电容值；)(max V C ——在偏压最大时的结电容值; 可见,变容比率R C 与γ值有关,γ值愈大变容比率R C 愈大;2变容二极管Q 值由简化的等效电路,可导出变容二极管的元件Q 值为222)2(2p s j p s p j R R fC R R R fC Q ππ++= 4-7可见,变容二极管的Q 值并非为定值,而是随外加偏压及频率的变化而变化;通常,s R 阻值小于１欧姆,p R 阻值为1010Ω级,在较高频率时,因)()2(22p s p s j R R R R fC +>>π,可得高频时的Q 值为 sj s R fC Q Q π21=≈ 4-8 可见,由于二极管中等效串联电阻s R 的影响,高频时Q 值将会降低;而在较低频率时,由于等效电路以p R 为主导,忽略22)2(p s j s R R fC R π+的影响,可得此时的Q 值为p j p R fC Q Q π2=≈ 4-9可见,在低的频率段,随着频率的上升,Q 值会有所提高；而在低的频率段的低区,由于反向偏压所引起的结电阻基本为恒值,会导致Q 值下降;由上面的分析可知,变容二极管主要存在以下不足：1品质因素Q 值不够高;早期所用的机械式调谐电容器,元件本身的品质因数Q 值都很高,一般都可达几千;因而应用这类调谐电容器的电路,电路Q 值可由振荡线圈、振荡电容、谐振电阻等元件而定；采用变容二极管为调谐电容后,变容二极管的Q 值通常在几十至几百之间,因而必须注意其Q 值对电路的影响,尤其是频率的低端与高端;2容易受温度影响;由于变容二极管为半导体器件,因而在温度效应上,仍有其先天不足,因此在设计时,应注意温度补偿的问题;常用的补偿设计,可采用的二极管正向导通压降来实现对变容二极管的温度补偿,当温度上升时,二极管正向导通的压降随之减少,因而可使变容二极管上的反向偏压改变;如图4-9所示,二极管D1的正向压降D V 设为,当温度上升后,若D V 降至约为,而in V 保持为恒定,则输出至变容二极管v D 的偏压o V 将会增加;所增加的电压,将会使变容二极管的电容量下降,因而可抵消因温度改变而增加的量;在实际应用时,为使这一电路能有效工作,补偿用二极管的材质特性,宜与变容二极管的相当;且在电路中的安装位置,应与变容二极管处于相同的温度环境;另外,以变容二极管设计的电容控制振荡器co V ,为锁相环路中的主体,且由于其本身已具有反馈环路,由于外因导致的变容二极管上容量产生变化,都可经由反馈而取得补偿,因而不需再加额外的补偿装置;图4-9 正向二极管温度补偿在工程应用中,要注意以下几点：1进行调谐电视频道或调幅广播时,需要较宽的频率范围,因而通常选用1≥γ的超突变结变容二极管；2电容量大的,多用于频率较低的系统,如应用在10M 以下的调幅AM 广播频段； 3调谐变容二极管在选用时应尽量配对使用,因为在几个调谐电路中用的是同一个调谐电压,则要求变容二极管在同一变化的电压下,容量的变化相同,即电压、容量特性的一致性;所以在选用更换时要求要同型号、同色点或同字母;以保证调谐的准确和良好的接收效果;4在很多的技术资料上,都设in V =4V 为最佳工作状况的最低反向偏压值;有时为取得更高的变容比率,可以降低V值,不过必须以牺牲变容二极管Q Q值为代价;m in5在降低反向偏压时,必须注意外加信号电压峰值大小,以避免变容二极管工作在正向导通状态;且在信号电压过大时,将会引发电容调制效应而产生失真;6实际应用变容比率C时,都较手册理论值低,在设计应用时需加注意;R。

二极管的理想开关模型和恒压降模型

二极管的理想开关模型和恒压降模型分类：模拟电路 2013-05-30 11:59 2520人阅读评论（0）收藏举报模拟电路二极管模型 .极管的模型1•理想模型所谓理想模型，是指在正向偏置时，其管压降为零，相当于开关的闭合。

当反向偏置时，其电流为零,阻抗为无穷，相当于开关的断开。

具有这种理想特性的二极管也叫做理想二极管。

在实际电路中，当电源电压远大于二极管的管压降时，利用此模型分析是可行的。

2•恒压降模型所谓恒压降模型，是指二极管在正向导通时，其管压降为恒定值，且不随电流而变化。

硅管的管压降为0.7V 锗管的管压降为 0.3V 。

只有当二极管的电流Id 大于等于1mA 时才是正确的。

在实际电路中，此模型的应用非常广泛。

稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。

电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。

最简单的稳压电路由稳压二极管组成如图所示。

从稳压二极管的特性可知，若能使稳压管始终工作在它的稳压区内，则 VO.基本稳定在 Vz 左右。

当电网电压升高时，若要保持输出电压不变，则电阻器的电流增大。

这增大的电流由稳压二极管容纳，它的工作点将由线可知此时Vo 沁Vz 基本保持不变。

若稳压二级管稳压电路负载电阻变小时，要保持输出电压不变，负载电流要变大。

由于VI 保持不变，则流过电阻 R 的电流不变。

此时负载需要增大的电流由稳压管调节出来，它的工作点将由b 点移到a点。

所以，稳压管可认为是利用调节流过自身的电流大小（端电压基本不变）来满足负载电流的改变，并和限流电阻R 配合将电流的变化转化为电压的变化以适应电网电压的变化。

稳压二极管电路稳压存在问题：电网电压不变时，负载电流的变化范围就是 IZ 的调节范围（几十 mA ）,这就限制了负载电流10的变化范围。

怎样才能扩大 IO 的变化范围。

变容二极管调频电路原理图

变容二极管调频电路原理图
最简便、最常用的方法是利用变容二极管的特性直接产生调频
波，其原理电路如图6-1 所示。

变容二极管Cj 通过耦合电容C1 并接在LCN 回路的两端，形
成振荡回路总电容的
一部分。

因而，振荡回路的总电容C 为：
C = CN + Cj （6-3）
振荡频率为：
加在变容二极管上的反向偏压为：
VR = VQ（直流反偏）+υΩ（调制电压）+υo（高频振荡，可
忽略）
变容二极管利用PN 结的结电容制成，在反偏电压作用下呈现一
定的结电容（势
垒电容），而且这个结电容能灵敏地随着反偏电压在一定范围内
变化，其关系曲线称
Cj ～υR 曲线，如图6-2 所示。

由图可见：未加调制电压时，直流反偏VQ（在教材称VO）所
对应的结电容为
CjΩ（在教材中称CO）。

当反偏增加时，Cj 减小；反偏减小时，
Cj 增大，其变化具有
一定的非线性，当调制电压较小时，近似为工作在Cj ～υR 曲
线的线性段，Cj 将随
调制电压线性变化，当调制电压较大时，曲线的非线性不可忽略，
它将给调频带来
一定的非线性失真。

我们再回到图6-1，并设调制电压很小，工作在Cj ～υR 曲线
的线性段，暂不考
虑高频电压对变容二极管作用。

设υR = VQ + VQ cosΩt （6-5）
由图6—2（c）可见：变容二极的电容随υR 变化。

即：Cj=CjQ —CmcosΩt （6-6）
由公式（3）可得出此时振荡回路的总电容为C′= CN + Cj =
CN + CjQ —CmcosΩt。

变容二极管结电容与外接电压的关系式

变容二极管（Varactor Diode）是一种具有可变电容的二极管，也被称为调制二极管、容变二极管等。

它的电容随着外接电压的变化而变化，因此被广泛应用于各种射频电子设备中，如频率调制、振荡器和滤波器等。

本文将介绍变容二极管的结电容与外接电压的关系式。

1. 变容二极管的基本原理变容二极管是一种PN结型的二极管，其具有正向偏置和反向偏置两种工作状态。

在正向偏置状态下，二极管结处会形成一个耗尽区，此时其电容较小；而在反向偏置状态下，耗尽区会扩展，导致电容增大。

这种特性使得变容二极管的电容可以被外界的电压信号所控制。

2. 变容二极管的结电容公式变容二极管的结电容可以用以下公式来表示：C = C0 / (1 + V / VA)^m其中，C为变容二极管的实际电容，C0为零偏电压下的最小电容，V为外接的反向偏置电压，VA为特定的开路电压，m为非线性指数。

3. 公式中的参数解释- C0：即零偏电压下的最小电容，这是指在没有外界电压作用时，变容二极管的最小电容值。

- V：外接的反向偏置电压，当V增大时，变容二极管的电容会随之减小。

- VA：特定的开路电压，是的变容二极管的电容达到最大值所需要的电压。

- m：非线性指数，它描述了变容二极管电容与电压的非线性关系。

一般情况下，m的值在1到2之间。

4. 结电容与外接电压的关系从上面的公式可以看出，变容二极管的结电容与外接电压呈指数关系。

当外界电压作用于变容二极管时，其电容随之减小，但减小的速度是随着电压的增大而减缓的。

可以通过调节外界电压来控制变容二极管的电容值，实现对射频信号的调制和调谐。

5. 应用举例变容二极管的结电容与外接电压的关系式在实际应用中具有重要意义。

在射频滤波器中，可以通过改变变容二极管的电容值来实现对特定频率信号的滤波。

又如在频率调制电路中，可以利用变容二极管的特性来实现对载波频率的调制。

变容二极管的结电容与外接电压的关系式为工程师们设计各种射频电子设备提供了重要参考，也为射频技术的发展提供了强大的支持。

常用变容二极管

常用变容二极管变容二极管（Varactors ），又称为电压调谐电容（Voltage variable Capactors ，VVC ）或调谐二极管（Tuning Diodes ），当在二极管两端加上反向偏压时，会产生电容效应，通常变容二极管的电容量，随反向偏压增大而减小。

变容二极管优点主要表现在：（1）体型小巧易于安装；（2）易于实现自动电子调谐（Auto Electronic Tuning ），方便遥控的电子调谐器的设计。

如今的电视系统或通信系统中的频道选择及呼叫等电路，基本上都由变容二极管完成。

1、变容二极管工作原理变容二极管的等效电路如图1（a ）所示。

图1 （a ）变容二极管的等效电路（b ）变容二极管的简化等效电路其中，R p ——反向偏压的结电阻（Junction Resistance ）；'s L ——外部引线电感； s L ——内部引线电感； c C ——封装电容； s R ——二极管体电阻； j C ——结电容。

通常，等效电路中的电感与封装电容等都可略去不计，简化后的等效电路如图1（b ）所示。

一般地，变容二极管与外加电压的关系可表示为(1)j j DC C v V γ=- (1) j C 为变容二极管的结电容，0j C 为变容管加零偏压时的结电容；V D 为变容管PN 结内建电位差（硅管V D =0.7V ，锗管V D =0.3V ）；γ为变容二极管的电容变化指数，与频偏的大小有关；v 为变容管两端所加的反向电压。

在小频偏情况下，选γ=1的变容二极管可近似实现线性调频；在大频偏情况下，必须选γ=2的超突变结变容二极管，才能实现较好的线性调频。

变容二极管的j C v - 特性曲线如图2所示。

当加入的反向电压为cos Q Q m v V v V V t ΩΩ=+=+Ω时，设电路工作在线性调制状态，在静态工作点Q 处，可得曲线的斜率为/c k C V =∆∆。

图2 变容二极管的j C v -特性曲线2、变容二极管重要参数：变容比率与Q 值（1）变容比率，实际上就是在两个不同偏压下的电容量比值，设为C R ，可得近似的变容比率为max min max min ()C ()R V C V C V V γ⎛⎫=≈ ⎪⎝⎭(2)式中，min ()C V ——在偏压最小时的结电容值；max ()C V ——在偏压最大时的结电容值。

稳压二极管课件

发光二极管应用非常广泛，常用作各种电子设备如仪器仪表、计算机、电视机等的电源指示灯和信号指示等，还可以做成七段数码显示器等。发光二极管的另一个重要用途是将电信号转为光信号。
28
3. 激光二极管
激光二极管是在发光二极管的PN结间安置一层具有光活性的半导体，构成一个光谐振腔。工作时接正向电压，可发射出激光。
7
2．模型分析法应用举例 ⑴整流电路
（a）电路图
（b）vs和vO的波形
8
vi
vi
R
vR RL
vR
t
vo t
vo
t
9
⑵静态工作情况分析
例2 设硅二极管基本电路如图所示，已知R=10kΩ，分别求出VDD=10V和 VDD=1V电路的ID和VD的值。
解：1. 当VDD=10V 时，理想模型
（a）简单二极管电路（b）习惯画法
得Q点处的微变电导
gd
diD dvD
Q
IS evD /VT VT
Q
（a）V-I特性（b）电路模型
iD VT
Q
ID VT
则
rd
1 gd
VT ID
常温下（T=300K）
rd
VT ID
26(mV) ID(mA)
6
⑷小信号模型
（a）V-I特性（b）电路模型
特别注意： ⑴小信号模型中的微变电阻rd与静态工作点Q有关。 ⑵该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且vD>>VT 。
DZ vO2
(b) 21
二、变容二极管
变容二极管是利用PN结的电容效应进行工作的，它工作在反向偏置状态，当外加的反偏电压变化时，其电容量也随着改变。
（a）符号（b）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度）

变容二极管直接调频电路的仿真分析

变容二极管直接调频电路的仿真分析
作者：作者单位：刊名：
英文刊名：年，卷(期)：
黄丽贤兰州交通大学电子与信息工程学院
致富eriodical_zfsd-x201009205.aspx
万方数据
图三ＦＭ波的波形（红色）与调制信号（蓝色）的波形
调频波的瞬时频率的变化也可显示出来。同样，其他的调频
或鉴频电路也可仿真实现。
二、结束语
Ｉ蛊
变容二极管直接调频电路的仿真分析验证了理论的正蚕
确性。通过对电路输出调频波的观察，不仅可以加深初学主
型生—————～》者对变容二极管调频电路的理解，而且也提高了对调频电路主
（一）变容二极管
容二极管。
变容二极管是一种特殊的二极管，其结电容随外加反向电压的变化而变化。变容二极管两端对外呈现的电容量与变容二
极管两端的反向电压的关系曲线如下：
０ｊ／ｌ
／、
图二Ｍｕｌｔｉｓｉｍ界面上的变容二极管直接调频电路通过理论的分析，可以得到输出的调频波。实际电路输出波形通过ＭｕｌｔｉｓｉｍｌＯ软件提供的示波器，如图三所示。
路。它是利用变容二极管反时所呈现的可变电容特性实现调频地频偏，其缺点是中心频率稳定度较低。图二给出了变容二极管
的，具有工作频率高，固有损耗小等特点。一、变容二极管直接调频电路的仿真分析
直接调频实现电路。图中Ｖ１为变容二极管直接调频电路直流电源；Ｖ２为调制信号；Ｖ４为变容二极管的直流偏置电源。Ｄｌ为变
图一变容二极管的电容量与反向电压的关系（二）变容二极管调频原理直接调频就是用调制信号去控制振荡器的工作状态，改变其振荡频率，以产生调频信号。例如，被控电路是Ｌｃ振荡器，那么ＬＣ振荡器的振荡频率主要ＬＣ振荡回路的电感Ｌ与电容Ｃ的数值决定。若在ＬＣ振荡回路中加入可变电抗，用低频调制信号去控制可变电抗的参数，即可产生振荡频率随调制信号变化的调频波。变容二极管调频就是用调制信号控制变容二极管的电容，变容二极管通常接在ＬＣ振荡器的电路中作为随调制信号变化的可变电容，从而使振荡器的频率随调制信号的变化而变化。达到调频的目的。（三）仿真分析变容二极管是一种电压控制的可变可控电抗元件。利用它的结电容随反向电压而变化这一特性，可以很好地实现调频。变容二极管调频电路在移动通信和自动频率微调系统中广泛应

二极管模型和模型参数--完成

{I [
S
qV exp ( a ) 1 NkT
][
I KF
I KF qV I S [exp ( a ) 1] NkT
]
1 2
+ ISR[exp(qVA/NRkT)-1][(1-
Va 2 M/2 ) +0.005] VJ
－IBV exp [-q (VA+BV)/NBVkT] 几点说明
}
① Area称为“面积因子”，其作用后面单独说明。 ② 考虑到实际情况下理想模型的指数项中分母不一定是1kT，势垒产生复合模型的指数项中分母不一定是2kT，因此表达式中引入了参数N 和NR。显然，N和NR的默认值分别为1和2。NBV的含义类似。电流到特大电流范围的电流； ③ 表达式中第一行反映的是理想模型和大注入效应，因此描述了中等表达式中第二行描述的是势垒产生复合作用。其中第二个方括号描述的是势垒区宽度随结电压的变化；表达式中第三行描述的是反向击穿以及倍增作用。
XD
该参数主要影响二极管器件的哪些主要特性？
ME
关于各个模型参数含义的理解
I
uW F
V V 0.5 0 F S A 0.5 0
四、器件模型参数的优化提取 1、器件模型参数优化提取的基本原理记器件模型为 I=I(θ,V)，其中θ代表一组模型参数。若测量一组端特性数据为(V1,I1)、(V2,I2)、……、(Vn,In) 在外加电压 Vi 作用下，测量的电流值为 Ii，而按照模型计算得到的电流应该为 I(θ,Vi)。如果模型和模型参数绝对精确，则这两个值应该相等，即 Ii= I(θ,Vi)。由于模型和模型参数不可能绝对精确，测量数据也存在误差，使上式等式不可能完全成立。但是如果模型和模型参数能满足实用要求，则测量值与模型计算值之差应该比较小。数学表示即为: MIN

二极管的模型

二极管的模型
二极管是一种非线性器件，不能直接采用线性电路的分析方法分析二极管，但在工程计算中，往往可以根据二极管在电路中的工作状态和计算精度要求，建立二极管的线性模型，以替代电路中的二极管分析计算下面介绍几种常用的二极管模型。

1.理想二极管模型
图1--1a 用粗线表时理想二极管的特性，其中虚线为二极管的实际特性曲线，图1--1b为其符号。

显然，对于理想二极管，正向偏置时电压降为零（短路）；反向偏置时反向电流为零(开路）。

在实际电路中，若二极管正向导通，其两端的正向电压元小于和它串联的其他电压，则可将二极管两端的正向电压作零电压处理（看成短路）；若二极管反向截止，其反向电流远远小于和它并联的其他电流时，则可将二极管的反向电流作零电流处理（看成开路）。

即将二极管视为理想二极管来近似分析。

图1---1理想二极管特性
2.恒压降模型
当二极管的正向电压和它串联的其他电压相差不大时，用理想二极管计算会有比较大的误差，这时可以采用恒压将模型，如图1--2
所示。

其基本思想是，当二极管导通后，其二极管压降认为是恒定的，不随电流变化，。

不过，这只有当二极管的电流近似等于或大于1mA 时才正确。

该模型提供了较合理的近似，因而应用较广。

3.折线模型
为了更加精确的计算二极管的电路，将二极管的特性曲线用图1--3表示，所示的两段折线近似，即当二极管两端的电压小于
U时，
th
二极管截止，电流为零；当二极管两端的电压大于
U时，二极管导
th
通，导通后的特性曲线用一条斜线来近似，其斜率由电压与电流变化量的比值决定，斜率的倒数为二极管的等效电阻。

变容二极管符号

变容二极管符号
变容二极管是一种特殊的二极管，其主要的特点是可以通过改变进入二极管内部的电信号，从而改变其电容量。

由此得名。

而变容二极管的符号也是一种特殊的符号，下面就来分步骤阐述一下其符号的具体内容。

第一步：画出一个普通二极管的符号
要想把变容二极管的符号画出来，首先要知道普通二极管的符号是什么样子。

普通二极管的符号一般是由一个直线和一个三角形组合而成。

其中，直线代表的是二极管的阳极，三角形则代表二极管的发射极。

这是所有二极管的共同点。

第二步：在三角形下方画一个反弹箭头
接下来需要对普通二极管的符号进行改进。

在三角形下方画出一个小小的反弹箭头，该箭头的作用是表示二极管的电容量可以随着电信号的不同而不同。

第三步：将该箭头旁边加上一个“C”
在箭头下方，加上一个“C”字母，代表Capacitance的缩写，意思是电容。

第四步：连接符号的两端
最后，为了使其看起来更加清晰，需要连接符号的两端。

可以通过画一条同心圆的形式将其连接起来。

通过以上四步，就可以成功地画出一个完整的变容二极管的符号。

该符号是电路设计中非常重要的一部分，因为只有正确的符号才能让人们在设计和组装电路时更加的准确和安全。

虽然这只是一个符号，但它具有非常重要的实用价值。

二极管的各种模型

二极管的各种模型你已经知道二极管是一种具有PN结的元件。

在这一节，你将会学到二极管的电子符号，也能够在进行线路分析时，按照三种不同复杂度，分别采用合适的二极管替代模型。

同时，本节也会介绍二极管的封装和辨识二极管的引脚的方法。

在学习完本节的内容后，你应该能够：参与讨论二极管的工作原理，并说出三种二极管的模型；识别二极管的符号，并能确认二极管的引脚；识别二极昝的不同外形结构；解释二极管的理想、实际和完整模型。

1.二极管的结构和符号如你所知，二极管是单PN结的元件，在P型区和N型区两边分别接上金属接点和导线，如图1.31(a)所示。

二极管的一半是N型半导体，而另一半是P型半导体。

目前有多种类型的二极管，本章所介绍的一般二极管或整流二极管的图标符号，则显示在图1.31(b)。

N型区称为阴极( cathode)，而P型区则称为阳极(anode)。

符号中的箭头所指的方向，就是传统的电流方向（与电子流的方向相反）。

(1)正向偏压下的接线方式如果电压源是按照图1. 32(a)的方式和二极管互相连接，则称此二极管受到正向偏压的作用。

电压源的正极经过一个限流电阻，再连接到二极管的阳极。

电压源的负极则接到二极管的阴极。

正向电流(IF)则如图所示，从二极管的阳极流向阴极。

正向电压降(VF)则是因为门槛电压的存在，使得二极管的阳极成为正极，而二极管的阴极成为负极。

(2)反向偏压下的接线方式如果电压源是按照图1. 32(b)的方式和二极管互相连接，则称此二极管受到反向偏压的作用。

咆压源的负极经过线路接到二极管的阳极。

电压源的正极则接到二极管的阴极。

反向偏压通常不需要限流电阻，但为了线路的一致性，仍在图中绘出。

反向电流可予以忽略。

要注意的是整个线路的偏压(VBIAS)都消耗在二极管。

2.理想的二极管模型理想的二极管模型(the ideal diode model)可视为一个简单的开关。

对二极管施加正向偏压时，二极管就像是一个闭合的开关(on)，如图1.33(a)所示。